От качества посадочного материала во многом зависят не только урожайность и долговечность посадок, но и качество самих плодов.
Обычно культуры размножают семенным и вегетативным способами. Но у каждого из них есть как свои преимущества, так и недостатки. Главный минус семенного размножения — генетическая пестрота получаемого посадочного материалa и длительный ювенильный период (то есть время до цветения и плодоношения). При вегетативном размножении ничего этого нет, но эффективность получения саженцев некоторых видов и сортов все равно очень низкая. Так, достаточно сложно черенковать многие виды древесных культур в возрасте старше 10 — 15 лет.
Не всегда удается получить стандартный посадочный материал и из-за возможного накопления инфекции в материнском растении и переноса ее в укореняемый черенок. Непросто размножать растения и прививками. Есть ли выход?
— Есть, — уверенно отвечает заведующая научно-производственным отделом «Биотехнологический комплекс» Центрального ботанического сада НАН Беларуси Вероника Филипеня. — Это растения, полученные путем клонального микроразмножения.
— В чем его новизна?
— Клональное микроразмножение (или клонирование) подразумевает получение растений, генетически идентичных исходному экземпляру. Первоначально слово «клон» (англ. cloning — «веточка, побег, отпрыск») стали употреблять для обозначения культур, полученных вегетативным способом размножения от одного растения. Сам же процесс получения таких потомков назвали клонированием. Пионером клонального микроразмножения считают французского ученого Жана Мореля, который в 1950‑х получил первые растения в пробирках — регенеранты орхидей.
Это принципиально новый способ вегетативного размножения в условиях in vitro, то есть в пробирке. В основе метода — уникальная способность растительной клетки, помещенной на определенные питательные среды, реализовывать присущую ей тотипотентность, то есть способность давать начало целому растению. Можно использовать клетки любых органов и тканей — зародыша, листа, стебля, семядолей, чешуек и донца луковицы, сегментов корней и зачатков соцветий. Из небольшой части можно получить множество микроклонов — миниатюрных копий взрослого растения. Главное — подобрать соответствующие питательные среды и условия стерилизации, чтобы избавить растительную ткань от инфекции.
Создание коллекций in vitro c применением микроразмножения может стать важным инструментом поддержания биоразнообразия, сохранения и восстановления редких и исчезающих видов, занесенных в Красную книгу нашей страны.
— Беларусь уже освоила микроклонирование?
— У нас это направление развивается с 80‑х годов прошлого века, но особенно активно — последние два десятилетия. Первой культурой, для которой было разработано и задействовано клонирование in vitro, стал картофель. Оно и неудивительно: ведь мы страна традиционного производства бульбы.
Одна из самых больших коллекций in vitro хозяйственно ценных цветочно-декоративных, нетрадиционных ягодных культур, а также редких и эндемичных видов собрана у нас в Центральном ботаническом саду. В ней более 250 видов и сортов.
В связи с интенсивным развитием в Беларуси голубиководства учеными ботанического сада разработаны методики и освоено масштабное производство саженцев голубики, отвечающих всем современным требованиям. В коллекции in vitro около 40 сортов голубики высокорослой.
Биотехнологический комплекс сада был сдан в эксплуатацию в 2018‑м. Сегодня это один из наиболее передовых комплексов в стране. К 2025 году мы намерены выращивать от полмиллиона саженцев в год.
— В чем преимущества клонального микроразмножения перед другими методами?
— В первую очередь оно позволяет получить генетически однородный, оздоровленный (свободный от инфекций, в том числе и вирусных) посадочный материал.
Это и производство огромного числа растений (генетических копий) из минимального количества исходного материала, и круглогодичное размножение, и планирование выпуска продукции к определенному сроку, а также возможность размножения культур, трудно размножаемых традиционными способами... Для некоторых видов растений с одного исходного черенка, высаженного в пробирку, при создании определенных условий за год можно получить до миллиона саженцев. Такого результата никогда не достичь обычными методами. Быстрое клонирование растительного материала in vitro также позволяет сократить селекционный процесс до 3 — 4 лет вместо 10 — 12 и достаточно быстро получить новые высокопродуктивные сорта.
— Какие культуры можно размножать в пробирках?
— Технологии клонального микроразмножения разработаны более чем для 2400 видов и сортов растений. В мировой практике этот метод широко используется в производстве безвирусного посадочного материала ряда сельскохозяйственных, в том числе и технических культур. Среди них сахарная свекла, хмель, табак, томат, картофель, огурец, перец, яблоня, слива, вишня, груша, малина, смородина, голубика, земляника. Немало и цветочных растений.
— С чего начинается процесс клонального размножения?
— С выбора исходного (донорного) растения и его части (то есть экспланта), которая в дальнейшем будет применяться для размножения. Ее отделяют, стерилизуют и помещают в питательную среду, состав которой подбирается для каждого вида, а в большинстве случаев — и даже сорта растений. Затем (с учетом естественных условий произрастания) для каждой культуры устанавливается свои температура и влажность, интенсивность освещения и фотопериод.
— А как происходит оздоровление посадочного материала?
— Оно начинается со стерилизации экспланта в асептических условиях бокса и обработки ткани антибиотиками, чтобы максимально освободить их от бактерий, грибных инфекций и нематод. Вирусы, вироиды и микоплазмы все равно остаются в тканях инфицированных растений. Именно из-за вирусных болезней и погибает от 10 до 50 % урожая сельскохозяйственных культур, размножающихся вегетативно. Если генетические тесты подтверждают наличие вирусов в клетках растений, то дополнительно в культуре in vitro проводятся термо- и химиотерапия.
— От чего зависит эффективность клонального размножения?
— В первую очередь от возраста материнского растения. Чем оно старше, тем больше вероятность его инфицирования и, как правило, ниже уровень его регенерационного потенциала.
Многое определяет и сама культура. Так, у голубики высокорослой и рододендронов самый высокий регенерационный потенциал у ювенильных (то есть молоденьких) частей растения, а вот у брусники обыкновенной, наоборот, у более зрелых.
Важно и время года. Летом и осенью в растении больше всего образуется фенольных соединений, которые образуют токсические хиноны, вызывающие некроз и гибель экспланта.
— Каковы этапы размножения in vitro?
— Подобная технология предполагает четыре «ступеньки» на пути к получению заветных «клонов».
Итак, первый шажок — это выбор родителя или донора. К этому вопросу надо подойти с максимальной серьезностью и ответственностью, потому что для получения хорошего, крепкого, здорового растения мы и «оригинал» должны подобрать такой же. Яблоко-то от яблони, как известно, недалеко падает. На этом же этапе необходимо изолировать и стерилизовать экспланты, после чего организовать такие условия, чтобы рост этих самых эксплантов в технике in vitro происходил максимально комфортно.
Вторая «ступенька» — это само размножение. Оно возможно через месяц-полтора, когда мини-череночки уже достигли размера горошинок и имеют зачатки всех вегетативных органов. За ним — третья «ступенька» — следует укоренение побегов, которые получились на предыдущем этапе. Его проводят, когда растение уже образовало хорошую корневую систему.
Последний шаг — помощь растениям в адаптации к жизни в почве: выращивание их в теплице и последующая пересадка в грунт. Так сказать, отправление в большой мир. Этот этап, как ни странно, наиболее трудоемкий и многозатратный. Очень часто, к сожалению, бывает такое, что, оказавшись в почве, растение начинает терять листья, останавливаться в росте. А затем и вовсе может погибнуть. Все это происходит потому, что пробирочные растения при пересадке в грунт теряют очень много воды.
— Как, к примеру, проходит клональное размножение голубики?
— На первом этапе идет отбор и оценка исходных растений. Здоровые с доказанной сортовой принадлежностью используются как источник эксплантов. Клонировать голубику лучше всего с февраля по август. Экспланты (кусочки побегов с двумя пазушными почками) отделяют, выдерживают в течение 30 минут в стерилизующем растворе и высаживают в специально подобранные питательные среды. Через 2 — 4 недели из пазушных почек начинают развиваться новые побеги. Главная задача второго этапа — массовое размножение стерильных растений. Для увеличения эффективности размножения побеги черенкуют и пересаживают в среду другого состава. Такое черенкование проводят до тех пор, пока не получится необходимое количество саженцев.
Затем побеги укореняют. Это можно сделать как в пробирках, так и в почвенном субстрате.
На четвертом этапе микрорастения приучают к обычным условиям роста. Пересадка растений-регенерантов в субстрат — ответственный этап, завершающий процесс клонального микроразмножения. Лучшее время для пересадки пробирочных растений — весна и начало лета.
Растения с 2 — 3 листьями и хорошо развитой корневой системой осторожно вынимают из колб или пробирок пинцетом. Корни отмывают от остатков агара и высаживают в почвенный субстрат, предварительно простерилизованный при плюс 85 — 90 градусов в течение 1 — 2 ч. Для большинства растений в качестве субстратов применяют торф, песок (3:1); торф, дерновую почву, перлит (1:1:1); торф, песок, перлит (1:1:1).
Емкости с растениями ставят в теплицу, где стараются поддерживать температуру на уровне плюс 20 — 22 градусов, освещенность не более 5 тысяч лк и влажность 65 — 90 %. Для лучшего роста растений создают условия искусственного тумана. Если такой возможности нет, то горшочки с клонами до их полной адаптации накрывают стеклянными банками или полиэтиленовыми пакетами.
По мере роста растения рассаживают в емкости побольше со свежим субстратом. Если голубика прижилась и начала расти, то заложенного в нее в лаборатории здорового потенциала хватит на долгие годы. Поэтому не стоит бояться приобретать саженцы, выращенные в пробирке.
КСТАТИ
Эксплант — отделенный от родительского организма кусочек ткани, способный воспроизвести новый организм. То есть тот самый «подопытный», который и будут выращивать далее.
В ТЕМУ
Голубика — эликсир молодости и долголетия, поистине ягода XXI века — вкусная и необычайно полезная. Поэтому так важно сохранить ее свежей и качественной в течение как можно большего времени. И сразу возникает вопрос: влияет ли на сохранность плодов способ получения посадочного материала? Эту тему на международной научной конференции «Интродукция, сохранение и использование биологического разнообразия флоры», посвященной 90‑летию ботсада, как раз и освещала ведущий научный сотрудник НПО «Биотехнологический комплекс» ГНУ «Центральный ботанический сад НАН Беларуси» кандидат биологических наук Татьяна Курлович.
— Подобные исследования неоднократно проводились у нас в ботсаду, — рассказывает Татьяна Владимировна. — Мы отслеживали качество и продолжительность хранения ягод, собранных с растений, размноженных как вегетативно (зелеными черенками), так и in vitro, то есть в пробирках. Надо сказать, что широкому распространению голубики в культуре по всему миру способствует как раз-то микроклональное размножение.
Для эксперимента были отобраны четыре сорта голубики высокорослой разного срока созревания: ранний «Веймут», средний «Блюкроп», поздние «Элизабет» и «Атлантик».
Ягоды снимали в стадии потребительской спелости и закладывали на хранение в 500 мл одноразовые пищевые пластиковые контейнеры с отверстиями и крышками. Перед этим подсчитывали число плодов в каждой упаковке и определяли общую их массу. Образцы хранили в холодильнике при низких (плюс 3 — 5 градусов) положительных температурах и в обычных комнатных условиях, где было около плюс 22.
Каждые 4 — 5 дней оценивалось состояние отправленных на хранение ягод. Их разбирали на фракции и взвешивали, выбраковывая ставшие нестандартными плоды. При этом обязательно учитывались (в процентном соотношении) естественная убыль общей массы, выход здоровых и нестандартных плодов. На основании данных (а все опыты закладывались в трехкратной повторности) и определялась суточная сохраняемость ягод при условии, что общие потери (естественная убыль + нестандарт) не превышали 10 %.
— Исследования показали, — продолжает Татьяна Владимировна, — что способ размножения голубики высокорослой существенно влияет на сохраняемость ее плодов. Так, при температуре плюс 4 градуса срок хранения ягод, снятых с растений, размноженных in vitro, был на 5,8 — 18,7 % выше по сравнению с теми, что были размножены традиционным способом. Также на 1,7 — 8,2 % была ниже и естественная убыль их массы.
Если говорить о потребительских свойствах голубики, то при условии 90‑процентного выхода плодов при температуре плюс 4 градуса ягода (в зависимости от сорта и способа размножения растений) хранилась от 13,3 до 28 суток, тогда как при комнатной температуре всего лишь 4,3 — 6,0. При этом у клонированных растений в условиях низких положительных температур сохранность плодов была на 3,2 — 18,0 % выше по сравнению с размноженными традиционным способом.
Выявились различия и при анализе других показателей. Так, естественная убыль массы плодов при хранении их в бытовом холодильнике при температуре плюс 4 градуса варьировалась от 11,0 до 16,6 %, а при комнатной температуре — от 9,6 до 29,5 %. При этом естественная убыль массы у клонированных растений по сравнению с их традиционными аналогами была ниже на 5,6 — 9,8 %, что, несомненно, является плюсом.
Что касается количества выхода нестандартных плодов, то у клонированных растений этот показатель по сравнению с размноженными вегетативно (в зависимости от сортовых особенностей и температуры хранения образцов) снизился на 9,5 — 42,3 %.
Вот вам и еще один плюс в пользу саженцев, выращенных в пробирках.
